8-10細菌在食品工業(yè)中的應用

11微生物在食品工業(yè)中的應用

教學內(nèi)容：1、細菌2、霉菌3、酵母菌4、微生物代謝產(chǎn)物重點：微生物在食品制造過程中的不同作用難點：發(fā)酵類食品制造原理超重點簡答題和論述題，分值一般30左右應對措施，書本7-10章課后問答題3生物資源的利用現(xiàn)狀類群已知種估計種已知種比例(%)病毒5×1031.3×1054細菌4.7×103

4×10412真菌6.9×1041.5×1065藻類4×1046×10467被子植物2.5×1052.7×10593魚類1.9×1042.1×10490鳥類9.2×103

1×104～

100哺乳動物4.17×103

4.3×103

～

1004微生物物種豐富，“蘊藏量”大，未知者多

細菌1×108CFU.g－1土壤

放線菌1×107CFU.g－1土壤

真菌1×106CFU.g－1土壤

人腸道益生菌106－1011CFU.g－1糞便人類所知微生物不到10％，已利用的不到1％。5具有豐富的物種多樣性；

食品、保健品、藥品等產(chǎn)品的原料；

可人工控制規(guī)模生產(chǎn)；

微生物資源6傳統(tǒng)釀造工業(yè)：

現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)：生產(chǎn)的藥物、氨基酸、有機酸、維生素、酶制劑、微生物肥料、微生物農(nóng)藥……

僅抗生素而言，全世界的年產(chǎn)值達300億美元！

77

種類：1.細菌與發(fā)酵食品2.真菌與發(fā)酵食品3．微生物菌體食品4．微生物多糖5．微生物與食品風味物質(zhì)6．微生物與釀造酒7．微生物與醬油釀造8．醋酸菌與食醋釀造9．發(fā)酵肉與微生物88根據(jù)微生物在食品制造中的作用分為四個類型：綜合作用（發(fā)酵食品）：面包、啤酒醬油、制醬、發(fā)酵豆制品食醋發(fā)酵乳制品微生物代謝產(chǎn)物：酒精、檸檬酸、味精、維生素、其它酶制劑：各種酶利用微生物菌體：單細胞蛋白、食用菌、其它益生菌利用細菌制造的食品發(fā)酵乳制品發(fā)酵果蔬制品納豆食醋發(fā)酵肉制品生產(chǎn)氨基酸及多糖益生菌及其制品1010一、發(fā)酵食品——釀造發(fā)酵食品是指經(jīng)過微生物(細菌、酵母菌、霉菌等)酶的作用使加工原料發(fā)生許多理想的十分重要的生物化學變化及物理變化后制成的食品。1111

發(fā)酵食品的特點、意義

原材料的質(zhì)地得到了改善

風味特殊且多樣化

營養(yǎng)價值大為提高

產(chǎn)品穩(wěn)定性提高且便于保存

經(jīng)濟價值大大升高1212

常見發(fā)酵食品

發(fā)酵蔬菜：源于中國修萬里長城時期，蔬菜經(jīng)乳酸細菌發(fā)酵而成，如泡菜、榨菜等。醬油：《神農(nóng)本草經(jīng)》已有記載

(始于公元前2838年)。米曲霉發(fā)酵大豆

(或其餅粕)而成。糧醋：公元前3000年起源于中國，由根霉菌將

淀粉類物質(zhì)糖化，由酵母將糖酒化，再經(jīng)醋酸菌將酒氧化成醋。

酒：源于“三皇五帝”時代，大禹治水期。用根霉、毛霉、酵母等發(fā)酵大米一類淀粉而成。

132007-6-18

13

“豆鼓”、“腐乳”、“臘八豆”等

起源于中國，用毛霉（米曲霉）發(fā)酵大豆或其制品而成。納豆：日本借用中國豆鼓生產(chǎn)的工藝用納豆芽孢桿菌將大豆發(fā)酵而成。面包：源于公元前7000年左右的西歐。牛奶發(fā)酵產(chǎn)品：其制作方式發(fā)現(xiàn)于利比

亞沙漠巖石的壁畫上(公元前9000年)。

1414

原理：乳酸發(fā)酵

在乳酸菌的作用下將可發(fā)酵性糖轉(zhuǎn)化為乳酸的過程稱為乳酸發(fā)酵。

如：牛乳變酸、腌制泡菜、酸乳酒和青貯飼料等。在發(fā)酵工業(yè)上乳酸發(fā)酵則是生產(chǎn)乳酸的基礎(chǔ)。

1515發(fā)酵原理（風味物質(zhì)的產(chǎn)生）乳糖——乳酸（乳酸菌）：凝乳檸檬酸——雙乙酰（乳脂明串珠菌、乳鏈球菌，酸性條件）：奶油、堅果仁的香味和風味

乙醛（乳酸發(fā)酵前產(chǎn)物）乙醇（乳脂明串珠菌異型乳酸發(fā)酵副產(chǎn)物）有機酸——甲酸、乙酸、丙酸（酪蛋白）二氧化碳（異型乳酸發(fā)酵過程副產(chǎn)物）發(fā)酵乳制品酸奶酒開菲爾粒（發(fā)酵劑）：乳酸菌、酵母菌、醋酸菌發(fā)酵果蔬制品發(fā)酵果蔬汁發(fā)酵菌種：嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌59納豆和納豆激酶（NattoandNattokinase）

納豆是用納豆菌（B.subtiliseNatto）發(fā)酵而成的日本傳統(tǒng)發(fā)酵食品之一。食醋發(fā)酵肉制品形狀：灌腸………火腿。分類方法：根據(jù)酸性(pH)高低原料形態(tài)(絞碎或不絞碎)

發(fā)酵方法(有無接種微生物或/和添加碳水化合物)

表面有無霉菌生長脫水的程度地名進行命名3.發(fā)酵劑

(1)自然接種和后接種

(2)純微生物發(fā)酵劑常用菌種

①片球菌屬②乳桿菌③微球菌④霉菌和酵母(3)發(fā)酵劑培養(yǎng)物

的使用

純微生物發(fā)酵劑常用菌種

乳桿菌

同型發(fā)酵乳桿菌植物乳桿菌異型發(fā)酵乳桿菌布氏乳桿菌短乳桿菌微球菌屬變異微球菌玫瑰色微球菌藤黃微球菌霉菌

納地青霉婁地青霉白地青霉發(fā)酵肉制品的一般加工工藝調(diào)味

絞肉原料肉的預處理干燥發(fā)酵煙熏罐裝腌制調(diào)味添加發(fā)酵劑原料肉的選擇

主要從以下四個方面考慮原料肉的質(zhì)量水分含量緩沖力原料肉溫度輔料

(1)食鹽:

添加量為2～3.5%.

(2)碳水化合物:

干香腸添加葡萄糖0.5～0.75kg/100kg肉；

半干香腸添加葡萄糖0.75～1.00kg/100kg肉。(3)香辛料:

黑胡椒、白胡椒、芥末、大蒜粉、香辣粉、肉豆蔻、肉豆蔻種衣、姜、肉桂、紅辣椒。(4)化學酸味劑：

如GDL(葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯)或膠囊乳酸。

發(fā)酵香腸中香辛料的配方項目123456瘦牛肉96.093.895.895.896.095.6食鹽3.03.03.03.03.03.0葡萄糖1.01.01.01.01.01.0亞硝酸鈉0.0150.0150.0150.0150.0150.015固體玉米糖漿1.5碎白胡椒0.170.170.17碎黑胡椒0.230.230.23大蒜粉粒0.0130.0130.013味精0.2異抗壞血酸0.04100.0100.0100.0100.0100.0100.0圖1-7-1香辛料配料對乳桿菌發(fā)酵至pH5.0

時的香腸發(fā)酵時間的影響發(fā)酵與熏制

傳統(tǒng)工藝：

發(fā)酵溫度15.6～23.9℃

相對濕度80%～90%。現(xiàn)代工藝：

發(fā)酵溫度21.1～37.8℃

相對濕度80%～90%

發(fā)酵時間12～24hpH到4.8～4.9

發(fā)酵后進行煙熏。加熱干燥

發(fā)酵后干香腸和半干香腸經(jīng)煮熟、半煮熟或直接放在干燥室內(nèi)干燥半干香腸：

加熱到43～47℃干香腸：

不需加熱；發(fā)酵后干燥；溫度10.0～21.0℃RH65%～75%必須控制水分的蒸發(fā)速度包裝

理想包裝：

真空包裝

充氣包裝利用細菌生產(chǎn)氨基酸及多糖7979谷氨酸(1)菌種及其特性生產(chǎn)菌種：北京棒桿菌、鈍齒棒桿菌菌體：短桿或棒狀，有時略呈彎桿狀，兩端鈍圓，單個、成對或V字排列營養(yǎng)特性：利用葡萄糖、蔗糖等單、雙糖；也可利用乙酸、檸檬酸合成谷氨酸；不能分解淀粉、纖維素、油脂等；銨鹽和尿素可作為氮源；需提供生物素作為生長因子、硫胺素具明顯促生長作用。培養(yǎng)特性：好氧或兼性厭氧最適生長溫度：30-32℃，最適PH6.0-7.58080(2)發(fā)酵機制a-酮戊二酸——TCA的中間產(chǎn)物，經(jīng)谷氨酸脫氫酶的催化生成谷氨酸。谷氨酸產(chǎn)生菌的特性：

8181①喪失或減弱a-酮戊二酸脫氫酶活力——阻斷TCA循環(huán)繼續(xù)反應。②增強由丙酮酸固定CO2生成草酰乙酸的反應——提供合成a-酮戊二酸的原料。③谷氨酸脫氫酶的活力強，且喪失谷氨酸由谷氨酸引起的反饋抑制和反饋阻遏反應。④加入過量銨離子，加速a-酮戊二酸的還原共軛反應——生成谷氨酸⑤生成的谷氨酸不形成蛋白質(zhì)，而且能分泌到細胞外。⑥菌體不吸收、利用體外的谷氨酸。8282（3）工藝——液態(tài)深層發(fā)酵原料：淀粉質(zhì)原料（薯干粉等）總流程（4個部分）原料（淀粉）——粉碎——調(diào)漿——糖化——冷卻——中和——脫色——過濾——添加輔料（氮源、無機鹽、生長因子等）——接種（二級種子）——發(fā)酵——谷氨酸提取——堿中和——脫鐵、脫色——濃縮——過篩——包裝——成品（味精）谷氨酸發(fā)酵工藝1.培養(yǎng)基成分2.發(fā)酵條件的控制賴氨酸黃單胞菌屬黃原膠p128右旋糖酐腸膜明串珠菌、右旋鏈桿菌優(yōu)良血漿代用品益生菌及益生菌制品乳酸菌類芽孢桿菌類酵母菌類細菌制造的主要食品乳制品果熟制品納豆食醋發(fā)酵肉制品氨基酸多糖發(fā)酵乳制品類型酸乳干酪酸奶油酸性酪乳酸奶酒（開菲爾粒）微生物發(fā)酵劑菌種類型同型乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵乳制品中風味物質(zhì)，來源發(fā)酵菌種霉菌在食品工業(yè)中的應用9393醬油1、原料：蛋白質(zhì)類：各種豆類、花生餅、芝麻餅淀粉類：麩皮、米糠、大麥、薯干粉輔料：食鹽2、菌種及發(fā)酵機理：米曲霉、醬油曲霉（混合或單用）：產(chǎn)生蛋白酶、淀粉酶，分解原料產(chǎn)生氨基酸、單糖等酵母菌（自然生長）：發(fā)酵生成乙醇、甘油等乳酸菌（自然生長）：發(fā)酵生成乳酸9494醬色的生成：

美拉德反應（氨基-羰基反應）：形成類黑色素酶促褐變反應（多酚氧化酶氧化酪氨酸）：形成黑色素風味來源：

鮮：氨基酸、核酸物質(zhì)的鈉鹽甜：糖類（淀粉糖化）、氨基酸（甘氨酸）、醇（甘油）酸：有機酸苦：某些氨基酸（酪氨酸）、乙醛等咸：食鹽95953、工藝流程原料混合→潤料→蒸料→冷卻→接種曲→深層通風培養(yǎng)→成曲→粉碎（制曲階段：曲霉作用產(chǎn)生蛋白酶、淀粉酶——固體培養(yǎng)、好氧）↓成熟醬←醬醅保溫發(fā)酵←入發(fā)酵容器←拌和制醅↓（發(fā)酵階段：乳酸菌——乳酸；酵母菌——酒精、甘油）↑浸出淋油稀鹽水糖漿↓↑配制糖漿↓↑裝瓶鹽水

醬油發(fā)酵過程的生物化學變化蛋白質(zhì)，淀粉的水解乙醇和有機酸發(fā)酵醬油制造過程的微生物酶系蛋白酶淀粉酶氨基轉(zhuǎn)移酶和谷氨酸脫氫酶脂肪酶纖維素酶酚氧化酶果膠酶利用霉菌制造的食品醬類腐乳豆豉丹貝（天培）茶葉9999豆腐乳毛霉型腐乳工藝流程：選料→浸泡→磨漿→甩漿→煮漿→點漿→壓榨→↓豆渣豆腐坯→接種→培養(yǎng)→搓毛→腌坯↓成品←后發(fā)酵←裝壇↑配料有機酸的生產(chǎn)1、檸檬酸生產(chǎn)（1）菌種能形成檸檬酸的微生物很多，有實用意義：黑曲霉——產(chǎn)酸能力最強假絲酵母——能夠利用正烷烴（利用工業(yè)廢料）特點：好氧發(fā)酵101101（2）發(fā)酵機制以黑曲霉（好氣性發(fā)酵）為例代謝途徑：①檸檬酸生物合成途徑葡萄糖—EMP—丙酮酸—TCA檸檬酸

（中間產(chǎn)物）

↓102102檸檬酸積累的生物調(diào)節(jié)烏頭酸水合酶失活，阻斷檸檬酸以下的TCA循環(huán)(控制F2+含量)TCA循環(huán)受阻時，必須由另外的途徑生成草酰乙酸，使TCA循環(huán)前段反應能繼續(xù)下去，不斷生成檸檬酸磷酸烯醇丙酮酸+CO2）羧化生成

丙酮酸+CO2羧化生成

促進EMP途徑暢通檸檬酸對異檸檬酸脫氫酶具抑制作用，利于檸檬酸的積累103103（3）生產(chǎn)過程——液態(tài)深層發(fā)酵原料：淀粉類、糖蜜工藝：分批培養(yǎng)原料配制——滅菌——接種——控制溫度——提取——成品不需經(jīng)糖化過程（因為霉菌本身具糖化酶）特點：規(guī)模大、效率高蘋果酸酵母菌在食品工業(yè)中的應用利用酵母菌制造食品酵母菌體的利用106106釀酒酒的分類1：1、果酒2、蒸餾酒3、配制酒4、混合酒5、啤酒1071、蒸餾酒淀粉質(zhì)原料經(jīng)過蒸煮、糖化、酒精發(fā)酵和蒸餾而得的含高酒精濃度的無色透明飲料酒。按原料命名：高粱酒、玉米酒、谷酒…按糖化發(fā)酵劑命名：大曲酒、小曲酒、麩曲酒按產(chǎn)地命名：茅臺酒、洋河大曲…

世界上的蒸餾酒大致可分為六大類：中國白酒、威士忌、白蘭地、俄得克、老姆酒金酒等。108108中國白酒工藝過程：（曲）特點：自然固體發(fā)酵，多種微生物共同作用根據(jù)制曲（糖化劑、發(fā)酵劑）的原料及微生物種類不同，分為大曲（大麥為主）、小曲（米粉、米糠、草藥）、麩曲（麩皮）三類。1091092．黃酒：淀粉質(zhì)原料經(jīng)過蒸煮、加入小曲和酒母經(jīng)糖化、酒精發(fā)酵和壓濾而成。

黃酒原產(chǎn)于我同江浙一帶的一種飲料酒。命名：以酒色命名：黑酒、紅酒、竹葉青以產(chǎn)地命名：紹興酒、即墨酒以含糖量：甜黃酒（大于10%）、半甜酒（5-10%）、干黃酒（∠5%）110菌種：根霉、曲霉和紹興酵母菌的混合物。原料：主要是糯米。生產(chǎn)工藝流程：浸米→茶蕉→冷卻→加入麥曲、酒母→治缸→糖化發(fā)酵→后發(fā)酵→壓榨→澄清→成品

特點：黃灑釀造過程中，淀粉糖化、酒精發(fā)酵和陳釀同時進行，所以糖濃度不會過高積累。黃酒經(jīng)釀成后，酒精含量為15％—20％，營養(yǎng)價值較高。111111

3、啤酒（酒精3-5%）：以麥芽為主要原料，輔以啤酒花發(fā)酵出的低酒度釀造酒。原料：大麥芽輔料：大米、玉米、酒花、淀粉酶主要工藝：A、制備麥芽B、麥芽汁糖化：借助自身水解酶C、麥汁煮沸與添加酒花啤酒花：?？?、律草屬、多年生蔓性攀緣草本、雌雄異株。

成熟雌花含α-酸，賦予特殊苦味D、發(fā)酵：包括糖——酒精以及各種變化（CO2、脂、醇、硫化物、含N物、糖）E、過濾、消毒F、分裝112112

4、果酒：以果汁為原料進行酵母菌酒精發(fā)酵，經(jīng)陳釀、澄清而成的含9-13%的酒。二千多年的歷史。以下以葡萄酒為例A、分類按酒色；紅葡萄酒、白葡萄酒

按糖分：干葡萄酒（殘?zhí)橇啃∮?.3g/100ml，不引起再發(fā)酵）

甜葡萄酒（殘?zhí)谴笥?%）按釀造方法：天然葡萄酒：完全用葡萄汁，不加酒精和糖

加強葡萄酒：添加酒精按是否含CO2：靜酒

汽酒：香濱113基本工藝：葡萄汁（加糖調(diào)酸）——加SO2（0.2-0.9g/ml）——主發(fā)酵——后發(fā)酵——陳釀——調(diào)配——裝瓶。114114面包等制品菌種及發(fā)酵原理菌種：啤酒酵母，根據(jù)制成方式不同分為兩種：壓榨酵母：鮮酵母，活力強、易污染活性干酵母：需先活化（液體培養(yǎng)）發(fā)酵原理：酵母菌生長，產(chǎn)生

CO2——使面團膨大成型酒精——賦予面包特殊的風味（糖、酒精、醛、酸等）工藝流程：配料→第一次發(fā)酵(醪頭)→第二次發(fā)酵(大粉)→成型→后發(fā)酵(蒸汽間)→焙烤→冷卻→包裝→成品。115115影響面包質(zhì)量的因素菌種質(zhì)量：發(fā)酵能力淀粉：淀粉中所含β-淀粉酶的活性淀粉中面筋含量——影響成形微生物污染：菌種污染影響酵母菌生長、形成不良風味，或發(fā)酵失敗面粉污染116116單細胞蛋白——利用菌體蛋白質(zhì)優(yōu)點：單細胞蛋白質(zhì)的生產(chǎn)可不受氣候等環(huán)境條件影響，能夠工業(yè)化生產(chǎn)微生物生長速度快、效率高蛋白質(zhì)含量高，氨基酸組成全面、有的富含維生素原料豐富—利用工農(nóng)業(yè)廢料廢水例如：糖質(zhì)原料（糖蜜）、石油肥料（烴類）、發(fā)酵廢料（甲醇、乙醇、醋酸）等用途：食品原料飼料發(fā)酵劑117

酵母菌是重要的SCP資源；

我們選育了菌體蛋白質(zhì)含量為68.12%假絲酵母，且氨基酸組成中賴氨酸豐富。118含有活性物質(zhì)：海藻糖、脫氧核糖、直鏈淀粉，還有輔酶A、核苷酸、麥角固醇、乳糖酶、維生素等；

可利用農(nóng)副產(chǎn)品廢棄物、糖蜜、紙漿廢液等，實現(xiàn)對農(nóng)副產(chǎn)品的綜合利用。微生物代謝產(chǎn)物在食品工業(yè)中的應用微生物酶制劑風味物質(zhì)真菌多糖120三、酶制劑

生物中已發(fā)現(xiàn)的酶有2500多種，50多種能工業(yè)生產(chǎn)的酶制劑中大部分源于微生物酶。

預測未來10年，每年將增加6.5%。

食品45%

主要應用領(lǐng)域洗滌劑34%

皮革3%

診斷、藥用等6%

121121

微生物工業(yè)生產(chǎn)的主要酶制劑名稱重要的產(chǎn)酶微生物用途α-淀粉酶米霉、黑曲霉、芽孢桿菌淀粉液化、消化劑、果汁澄清β-淀粉酶米曲霉、芽孢桿菌淀粉加工、退漿制麥芽糖葡萄糖淀粉酶根霉、曲霉、擬內(nèi)孢霉制備葡萄糖，釀造業(yè)異淀粉酶產(chǎn)氣桿菌、鏈球菌、假單胞菌制備麥芽糖、麥芽三糖酸性蛋白酶曲霉、毛霉、芽孢菌食品加工、軟化劑中性蛋白酶曲霉、芽孢菌、嗜熱芽孢菌食品加工、二肽甜味素堿性蛋白酶曲霉、芽孢菌、鏈霉菌洗滌、肉嫩化、脫膠、制革凝乳酶毛霉、酵母、芽孢桿菌干酶制造脂肪酶根霉、曲霉、假絲酵母制甘油、低脂肪酸食品纖維素酶木霉、曲霉、青霉飼料、白酒、蔬菜、紡織果膠酶曲霉、青霉、芽孢桿菌澄清果汁、過濾、棉麻精煉葡萄糖氧化酶青霉、曲霉、醋酸桿菌蛋品、食品加工、醫(yī)學檢驗葡萄糖異構(gòu)酶假單胞菌、鏈霉菌、節(jié)桿菌制備果糖，飲料腈水合酶假單胞菌生產(chǎn)丙烯酰胺風味物質(zhì)微生物香味劑微生物鮮味劑123微生物多糖（polysaccharide）

國內(nèi)外已工業(yè)化生產(chǎn)的多糖主要有：

黃原膠（Xanthan）

右旋糖酐（Dextran）

小核菌葡聚糖（Scleroglucan）

短梗霉多糖(pullulan)

熱擬多糖（curdlan）

食用菌多糖（mushroompolysaccharide）主要源于微生物代謝產(chǎn)物。124靈芝多糖

蕓芝多糖

食用菌多糖香菇多糖

銀耳多糖

金針菇多糖

灰樹花多糖

有提高免疫功能、抗腫瘤等功能，靈芝多糖、蕓芝多糖已開發(fā)成藥品。125靈芝多糖工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)靈芝：4%大米，1%豆粕，0.1%磷酸氫二鉀，0.05%的硫酸鎂干菌絲得率為35.81mg/mL；靈芝粗多糖得率489mg/mL126蛹蟲草

蛹蟲草又名北冬蟲夏草(Corducepsmilitaris).為子囊菌亞門(Ascomycotina)麥角菌目(Clavicipitales)麥角菌科(Cordycepps)真菌子座單生